第三章 生物医学常用放大器
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第三章生物医学常用放大器
要求：波形不 失真，减少压 降损失。
性能分析
1. 静态: Q点同单级。 2. 动态性能:
关键:考虑级间影响。R1
1M
R2 RC2 C2 82k 10k
+UCC (+24V)
方法:
ri2 = RL1
Uo1 Ui2
C1
U i
U o1
T1
RE1 27k
T2 C3
U i 2
R3 RE2
RL 10k
的只频允带许范较围窄的信频号率通范过围—的—信宽号带通滤过波，。称为窄带 滤波。此时的电路可称为选频电路。 低阻通、最滤电对简波容于单器和数的共电兆低同感赫频组组兹（合合以低而起上Q成来的值，才高）其能频滤允组信波许成号器通高，可过频只由的窄有高频带用通带电和由fL 和（f高H决Q定值。）滤波器，对于低频生物医学信号只 有电阻、电容和放大器结合起来，才能组成低 频窄带（高Q值）的滤波器。
常用滤波电路
按带通带阻在频谱 中的相对位置分
按信号性质分
按阶数分
低通滤波器 高通滤波器 带通滤波器 带阻滤波器
模拟滤波器
数字滤波器 一阶，二阶 … 高阶
低通滤波器 对低频信号几乎无衰减地传输， 但阻止高频信号通过
R Ui
Uo C
Tf
1 0.707
上限 频率
0
f fH
低通滤波器有多种结构，最简单的是由电容 C构成，结构稍复杂的是C型、L型、π型、T型 低通滤波器。
二、生物医学信号的频谱
A. 正弦信号
v(t) Vm sin(0t )
2
T
0
0 2f
Vm
O Vm
T
=
3生物医学常用放大器详解
这里所说的信号一般是指交流信号，所以 判断正负反馈，就要判断反馈信号与输入信号 的相位关系，同相是正反馈，反相是负反馈。
反馈框图：
实际被放大信号
输入Xi
叠加 Xd
±
放大器A
反馈
信号 反馈网络F Xf
开环 输出Xo
闭环
取+ 加强输入信号 正反馈 用于振荡器
取 - 削弱输入信号 负反馈 用于放大器
负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；提 高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。
3.电压并联负反馈
+UCC
if
＋
RF
ui Rs C1 A ib
Rc
-
C2
ic
RE
ii＝ if + ib
if 与ii 是并联关系
4.电流并联负反馈
三、负反馈对放大器性能的影响
1.降低放大倍数
+
ui –
u’i 基本放大
电路A
uo
uf 反馈回电
.
路F
A
Xo
.
——开环放大倍数
Xd
.
F
X
.
f
——反馈系数
共模信号(common-mode input signal)：两个信号的 大小相等、极性相同。（噪声和干扰信号）。
2. 电路结构
T1和T2参数相同，具有相同的温度特性和静态工 作点，电路具有对称的结构。具有两个输入端和两个 输出端。成为双端输入—双端输出差分放大器。
3.抑制零漂的原理
当 ui1 = ui2 =0 时： uo= UC1 - UC2 = 0 当温度变化时：
uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0
反馈框图：
实际被放大信号
输入Xi
叠加 Xd
±
放大器A
反馈
信号 反馈网络F Xf
开环 输出Xo
闭环
取+ 加强输入信号 正反馈 用于振荡器
取 - 削弱输入信号 负反馈 用于放大器
负反馈的作用：稳定静态工作点；稳定放大倍数；提 高输入电阻；降低输出电阻；扩展通频带。
3.电压并联负反馈
+UCC
if
＋
RF
ui Rs C1 A ib
Rc
-
C2
ic
RE
ii＝ if + ib
if 与ii 是并联关系
4.电流并联负反馈
三、负反馈对放大器性能的影响
1.降低放大倍数
+
ui –
u’i 基本放大
电路A
uo
uf 反馈回电
.
路F
A
Xo
.
——开环放大倍数
Xd
.
F
X
.
f
——反馈系数
共模信号(common-mode input signal)：两个信号的 大小相等、极性相同。（噪声和干扰信号）。
2. 电路结构
T1和T2参数相同，具有相同的温度特性和静态工 作点，电路具有对称的结构。具有两个输入端和两个 输出端。成为双端输入—双端输出差分放大器。
3.抑制零漂的原理
当 ui1 = ui2 =0 时： uo= UC1 - UC2 = 0 当温度变化时：
uo= (UC1 + uC1 ) - (UC2 + uC2 ) = 0
生物医学常用放大器
负反馈放大器的一般关系
放大：
Ao
Xo
Xd
反馈：
F
Xf
Xo
闭环放大倍数：
迭加：
Xd Xi Xf
AF=Xo / Xi =Xo =1 =
/ (Xd+ Ao
Xf)=
Xo
/
(
Xo Ao
1 +F Ao
1+AoF
+ XoF)
负反馈放大器的闭环放大倍数 Ao
AF= 1+ AoF
当Ao很大时,AoF»1,
负反馈(negative)：若引回的信号削弱了输入信号， 就称为负反馈。
正反馈(positive)：若引回的信号增强了输入信号， 就称为正反馈。
反馈 输入
实际被放大信号
迭加 ±
放大器
反馈
信号 反馈网络
开环 输出
闭环
取+ 加强输入信号 正反馈 用于振荡器 取 - 削弱输入信号 负反馈 用于放大器
2、反馈放大器的组成
反馈信号与输入信号并联，即反馈信号与输入 信号以电流形式作比较，称为并联反馈。
串联反馈使电路的输入电阻增大， 并联反馈使电路的输入电阻减小。
负反馈的类型
电压串联负反馈
交流反馈 负 反 馈
电压并联负反馈 电流串联负反馈 电流并联负反馈
直流反馈 稳定静态工作点
运算放大器电路反馈类型的判别方法：
一般说来，根据反馈信号在放大电路 输出端连接方式的不同，可以分为电压反 馈和电流反馈。
负反馈框图：
差值信号
放大：
Ao
Xo
生物医学常用放大器
解：根据反馈到输入端的信号是交流还是直流还是同时 存在，来进行判别。
注意电容的“隔直通交”作用！
交、直流反馈
ui C1
Rf
－∞
+A +
R1
R2
C2
uo
交流反馈
7
第三章3.负生物反医学馈常与用放正大反器 馈
负反馈——输入量不变时，引入反馈后使净输入量减小， 放大倍数减小。
正反馈——输入量不变时，引入反馈后使净输入量增加， 放大倍数增加。
+VCC Rc
Cb2
T
RL
+
u
o
Re IC Ce
-
反馈——将电子系统输出回路的电量（电压或电流），以一定 的方式送回到输入回路的过程。
4
第三章二生. 物几医学个常基用放本大器概念
1. 开环与闭环
正向传输——信号从输入端到 输出端的传输
反向传输——信号从输 出端到输入端的传输
反馈传输(通路)
（反馈网络）
4.低噪声
2.高输入阻抗
5.低漂移
3.高共模抑制比
6.合适的频带
3
第三章 生物医学常用放大器
3.2 反馈的基本概念
一、从一个例子说起
稳定工作点电路：
T IC IC
UE IB
UBE
UB一 Rb1 定 Cb1
+
+
u i
Rb2
输入量：ui、ube、ib
-
输出量：uo、uce、ic
+
正向传输——信号从输入端到输出端的传输
+
uf
-
R e1
本级反馈
T2 Cb2
+
第三章 医学放大器
F（Hz）
可以证明：fbwf = (1+AF) fbw 放大器的一个重要特性：增益与通频带之积为常数。 即： Amf× fbwf= Am× fbw
4. 负反馈对输入电阻的影响
(1) 串联负反馈使输入电阻增加
ii
无反馈时：
ui ud Ri = ii ii
+
+
+
ui -
ud Ri
Ri A
Ro uo
第3章 生物医学常用放大器
3–1 生物电信号的特点 3–2 负反馈放大器 3–3 直流放大器
3–4 功率放大器
第一节
生物医学信号的特点
携带生物信息的信号称为生物信号 生物电信号：心电、脑电、眼电、肌电等 生物非电信号：心音、血压波、呼吸、体温等 施加物理因素的方法而获得的信号：超声回波、放射性探测等 以上诸多生物信号统称为生物医学信号
定义： (1 Ao F )
负反馈深度
例：
RB1 C1 + ui – RC1 C2
+EC RB21 RC2
C3
+
ud uf
RE1
T1
T2
uo
RB22
RE2
CE –
Rf
Uf RE1 Rf 、RE1组成反馈 F U o RE1 R f 网络，反馈系数：
二、反馈分类 Xi + Xd
0
f f1 f2 f3 f5
第二节 常用滤波电路
使有用信号顺利通过，无用信号被消除或衰减的电子电 路。一般包括与频率有关的元件：电容C，电感L 在滤波理论中，将能够通过的频率信号范围称为通频带
一、高通滤波
Ui Ui Uo
医用仪器放大器
第三章医用仪器放大器3.1 导言人体生理系统产生的电化学信号，其幅值通常是很小的，因而需要予以放大。
图3.1给出了一个典型生理监护仪的简化方框图。
图中传感器用来检测病人皮肤表面阻挡层产生的电化学信号，并将其转化为电信号，继而这种电信号驱动放大电路。
这样就增加了信号的有源元件，比如说放大电路设计中采用的晶体管或集成电路。
在一般的生理监护仪中的放大器具有如下特点：1.高输入阻抗，其值通常超过10MΩ2.高开环增益，其值通常超过10003.适量的输出阻抗4.低白噪声5.低谐波失真6.频宽取决于输入信号频率7.高线性度3.2 输入隔离器在生理监护仪中，信号调节放大器电路是由前置隔离电路、电极选择开关、电压放大器及驱动显示器的功率放大器所组成的。
前置隔离电路用来提高监护系统的输入阻抗，以便把病人与仪器隔离开来。
因为大多数监护仪是由电网供电，而供电电源可能漏电，给病人造成危险。
因此，通过传感器电极作用到病人身上的杂散交流电必须减少到最低限度，为此，应使该系统的输入阻抗提高到约50MΩ，而隔离放大器就能达到上述的要求。
图3.2表示一个典型的隔离放大电路。
在这个电路中，用两只相同的晶体管Q1和Q2串联而成射极跟随器电路。
显然，放大器的输入阻抗可由共发射极电流增益β乘以输出阻抗而求得。
由于晶体管型号相同，则输入阻抗的表达式可写成Z in=β2Z o其中基极电阻R1用来维持Q1的直流偏置，并不影响输出阻抗Z o；而射极电阻Ｒ２对输出电阻却有影响。
在这种开关电路中，输出电阻等效于Ｒ２和下一级输入阻抗的并联值。
开关电路额定输出电阻相当于１０ＫΩ,额定R2值相当于1KΩ或更低。
当R2为确定的数值时，由比值10：1就可以确定达林顿管对的输出阻抗。
在达林顿晶体管对中典型的β值约为98至99，这将产生约10MΩ的输入阻抗。
这是一个极高的阻抗，在第二个晶体管的发射极与第一个晶体管的集电极之间可以接一个反馈网络，这个反馈网络称为自举电路(如图 3.3所示)。
生物医学信号的特点及对放大器要求
第二节 常用滤波电路
根据生物医学信号特点的分析， 以及生物电信号进入放大器前还要混 入干扰的具体情况，一般在放大器等 处理装置前加有滤波器。
所谓滤波器就是一种使有用信号 顺利通过，而使无用信号被消除或衰 减的电子电路。在滤波电路中必须包 括与频率有关的元件如电容和电感。 生物医学仪器中的滤波电路，通常由 电容器和电阻器组合而成。
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•在某个适当的中间频率下， 两路输出电压幅度相等， 且位相相反，输出总电压 为零，起到了使这个中间 频率的信号被衰减的作用， 即有陷波作用。
生物医学信号的特点及对放大器要求
中间频率即陷波频率f0和Q值，经理论 证明分别上负载 后，Q值一般比输出端开路时要低。另外， 由于电阻和电容总有些误差，各个电阻和 电容不能严格保持图中标示的比值(或等值)， 在中间频率处的传输系数将不等于零。因 而品质因数也低于理论值。
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生物医学信号的特点及对放大器要求
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生物医学信号的特点及对放大器要求
一. 生物电信号的特点及其放大器
生物电信号的频带主要在低频和超低 频范围内，各种生物电中包含了频率很低的成
分。在第二章中介绍的阻容耦合多级放大器很 难通过这种频率的信号，所以本章将介绍适应 这种频率特点的直流放大器。
生物医学信号的特点及 对放大器要求
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2020/11/26
生物医学信号的特点及对放大器要求
主要内容
• 第一节 生物医学信号的特点及频 谱
• 第二节 常用滤波电路 • 第三节 负反馈放大器 • 第四节 直流放大器 • 第五节 功率放大器
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生物医学信号的特点及对放大器要求
第一节 生物医学信号的特点及频谱
医学：生物医学常用放大器
分类
生物医学放大器根据其用途和性 能特点，可分为前置放大器和功 率放大器。
工作原理与特点
工作原理
生物医学放大器通过差分放大、滤波 和多级放大等电路设计，将微弱的生 理信号（如心电、肌电、脑电等）进 行选择性放大，以提取有用的信息。
特点
高灵敏度、低噪声、低失真、抗干扰 能力强等。
应用领域
心电监测
用于心电图（ECG）的 测量和诊断，监测心脏
软件设计
数据采集与处理
编写软件程序，实现对生 物医学信号的实时采集、 预处理和后处理。
用户界面
设计友好的用户界面，方 便用户对生物医学放大器 进行参数设置、控制和监 测。
数据存储与传输
实现数据的本地存储和远 程传输，以便于后续的数 据分析和处理。
性能测试与优化
测试指标
确定性能测试的指标，如信号放大倍数、噪声抑制比、 动态范围等。
动态范围与线性度
在保证线性度的前提下，提高放大器的动态范 围。
温度稳定性
通过优化器件和电路设计，减小温度对放大器性能的影响。
应用领域的拓展与交叉学科融合
生物医学工程
将生物医学放大器应用于生理信号监测、生 物电信号处理等领域。
神经科学
应用于脑电信号、神经元电信号的记录和分 析。
临床诊断与治疗
用于医学影像、无创检测、有创治疗等领域。
测试方法
设计合理的测试方法，以准确评估生物医学放大器的 性能。
优化策略
根据测试结果，分析放大器的性能瓶颈，并制定相应 的优化策略。
04 生物医学放大器的应用案 例
生理信号放大
总结词
生理信号放大器用于采集和放大微弱的 生理信号，如心电、脑电、肌电等。
VS
生物医学放大器根据其用途和性 能特点，可分为前置放大器和功 率放大器。
工作原理与特点
工作原理
生物医学放大器通过差分放大、滤波 和多级放大等电路设计，将微弱的生 理信号（如心电、肌电、脑电等）进 行选择性放大，以提取有用的信息。
特点
高灵敏度、低噪声、低失真、抗干扰 能力强等。
应用领域
心电监测
用于心电图（ECG）的 测量和诊断，监测心脏
软件设计
数据采集与处理
编写软件程序，实现对生 物医学信号的实时采集、 预处理和后处理。
用户界面
设计友好的用户界面，方 便用户对生物医学放大器 进行参数设置、控制和监 测。
数据存储与传输
实现数据的本地存储和远 程传输，以便于后续的数 据分析和处理。
性能测试与优化
测试指标
确定性能测试的指标，如信号放大倍数、噪声抑制比、 动态范围等。
动态范围与线性度
在保证线性度的前提下，提高放大器的动态范 围。
温度稳定性
通过优化器件和电路设计，减小温度对放大器性能的影响。
应用领域的拓展与交叉学科融合
生物医学工程
将生物医学放大器应用于生理信号监测、生 物电信号处理等领域。
神经科学
应用于脑电信号、神经元电信号的记录和分 析。
临床诊断与治疗
用于医学影像、无创检测、有创治疗等领域。
测试方法
设计合理的测试方法，以准确评估生物医学放大器的 性能。
优化策略
根据测试结果，分析放大器的性能瓶颈，并制定相应 的优化策略。
04 生物医学放大器的应用案 例
生理信号放大
总结词
生理信号放大器用于采集和放大微弱的 生理信号，如心电、脑电、肌电等。
VS
第3章 生物医学常用放大器 第1-2节 负反馈
级。如脑电信号在几微伏到几百微伏变化，肌电信号在几微 伏到几千微伏变化。
（3）噪声强
二、生物医学放大器的基本要求
基本要求：由于生物医学信号频率较低且频带较 宽、阻抗较高且幅度较低和信噪比较小的特点， 选用放大器有如下要求：
1.高放大倍数
2.高输入阻抗
4.低噪声
5.低漂移
3.高共模抑制比
6.合适的频带
如输入信号Xi与反馈信号Xf在输 入回路的相同端点，则为并联反 馈。
3. 四种类型的反馈组态 （1）类型
输入端：反馈信号在输入端联接分为串联和并联 两种方式。
输出端：反馈信号在输出端分为取电压和电流两 种方式。 （2）四种反馈组态：
电压串联 电压并联 电流并联
电流串联
反馈的判断
放大电路中反馈的分析内容：
Rif (1 AF ) Ri
串联负反馈增大输入电阻
引入并联负反馈时
Ri Ui I i' Ui U U ' i ' i ' I i I i I f I i AFIi
Rif
Ri Rif 1 AF
并联负反馈减小输入电阻。
在(1 AF ) 时
' 引入串联负反馈Rif (或Rif ) ，
图示电路有无引入反馈？ 是直流反馈还是交流反馈？ 是正反馈还是负反馈？ 若为交流负反馈，其组态为哪种？
**各种反馈的综合判断 一. 有无反馈的判断 “找联系”：找输出回路与输入回路的联系，若有 则有反馈，否则无反馈。
无反馈
负反馈
二. 直流反馈和交流反馈的判断
“看通路”，即看反馈是存在于直流通路还是交流通路。 电路中所有电容对交流信号均可视为短路。
2.减小非线性失真
（3）噪声强
二、生物医学放大器的基本要求
基本要求：由于生物医学信号频率较低且频带较 宽、阻抗较高且幅度较低和信噪比较小的特点， 选用放大器有如下要求：
1.高放大倍数
2.高输入阻抗
4.低噪声
5.低漂移
3.高共模抑制比
6.合适的频带
如输入信号Xi与反馈信号Xf在输 入回路的相同端点，则为并联反 馈。
3. 四种类型的反馈组态 （1）类型
输入端：反馈信号在输入端联接分为串联和并联 两种方式。
输出端：反馈信号在输出端分为取电压和电流两 种方式。 （2）四种反馈组态：
电压串联 电压并联 电流并联
电流串联
反馈的判断
放大电路中反馈的分析内容：
Rif (1 AF ) Ri
串联负反馈增大输入电阻
引入并联负反馈时
Ri Ui I i' Ui U U ' i ' i ' I i I i I f I i AFIi
Rif
Ri Rif 1 AF
并联负反馈减小输入电阻。
在(1 AF ) 时
' 引入串联负反馈Rif (或Rif ) ，
图示电路有无引入反馈？ 是直流反馈还是交流反馈？ 是正反馈还是负反馈？ 若为交流负反馈，其组态为哪种？
**各种反馈的综合判断 一. 有无反馈的判断 “找联系”：找输出回路与输入回路的联系，若有 则有反馈，否则无反馈。
无反馈
负反馈
二. 直流反馈和交流反馈的判断
“看通路”，即看反馈是存在于直流通路还是交流通路。 电路中所有电容对交流信号均可视为短路。
2.减小非线性失真
医疗器械设计：第三章_信号处理
（四）设置保护电路
放大器保护电路：
输入保护(保护电路本身)； 人体安全保护。
校准电路：
检验仪器工作情况； 校准仪器指示值。
二、差动放大电路分析方法
理想运放 的条件：
1.虚短 2.虚断；
U
U
:U
R2
R3
R3
U
i
2
Ui1 Uic Uid 2Ui1 Uic Uid 2
Ui2 Uic Uid 2
∴
Vc
idb R o
2Rf Ra
Vc
右腿驱动电路
Vc
idb R o 1 2Rf Ra
直接接地Vc=idbRG
使用右腿驱动可使共 模干扰减少（1+2Rf /Ra）倍。
Ro是一个比较大的值，它的作用是在D5饱和时流过
人体的电流仍是安全的，如10A以下，因此Ro的存 在也会抵消右腿驱动电路的作用。
非理想情况下:
Ac1
1
RF R1
R3 R2 R3
RF R1
电阻失配时的共模增益:
Ac1
1
4
1
Ad
电阻失配时的共模抑制比:CMRRR
Ad Ac1
1 Ad
4
运算放大器本身的共模抑制比:CMRRD
Ad' Ac'
放大器总共模抑制比:
CMRR Ad CMRRD CMRRR Ac CMRRD CMRRR
+ -
第一节 生物电放大器前置级原理
采用差动电路结构
由于生物电信号在两个电极上是不同的， 是差模信号，工频干扰信号在两个电极 上的幅度和相位基本上是相同的，是共 模信号。
差分放大器不仅对差模信号作正常放大， 对共模信号有抑制作用。
第三章 生物医学常用放大器(36)
第三章生物医学常用放大器§3-1 生物电信号的特点及其放大器携带生物信息的信号称为生物信号。
生物电信号有如下特点：1.生物电信号的频带主要是在低频和超低频范围内（表3-1），这类信号很难通过阻容耦合放大器，适合于放大、处理这种信号的放大器是直流放大器。
（本章将重点介绍的内容之一）2.生物电信号的幅度通常较低，只有毫伏级甚至微伏级;因此，放大器的前级必须选用高质量的电阻、电容和低噪声的场效应管，并且放大器的放大倍数较高。
为了使放大器的放大倍数稳定、均匀，通常采用负反馈放大器。
（本章将重点介绍的内容之一）3.生物体的阻抗很高，生物电信号放大器的前级必须具有很高的输入阻抗。
但高输入阻抗容易引入外界干扰，特别是50Hz 市电的干扰。
因此，为提高放大器的输入信噪比，常常在放大器中加入滤波器。
4.生物电信号的信噪比较低。
总之，为了适应生物电信号“频率低且频带较宽、阻抗较高且幅度较低以及信噪比较低”的特点，必须选用低频率、高输入阻抗及放大倍数较高且稳定的放大器。
§3-2 负反馈放大器一、反馈的基本概念1.反馈的定义反馈就是把一个系统的输出信号（或系统操作的结果）通过一定的环节，送回到输入端的过程。
在电子技术中反馈一般是通过跨接在输入端与输出端之间的性能比较稳定的线性元件来完成的。
2.反馈放大器的组成a.反馈放大器可分为两大块——基本放大电路（A ）和反馈网络（F ），如图3-1所示。
在反馈放大器中，反馈就是将放大器的输出电压（或输出电流）的一部分（或全部）送回到输入端、与输入信号叠加后再送入放大器中。
b.图中的i X为输入信号、o X 为输出信号、f X为反馈信号、d X 为净输入信号;d o X XA =为基本放大电路的放大倍数（又叫放大器的开环放大倍数），A f i o X X =为反馈放大器的放大倍数（又叫闭环放大倍数）;F 为反馈系数，等于反馈信号与输出信号之比，o f X XF =. 二、负反馈的基本类型1.反馈的分类从不同的角度可将反馈分为：正反馈与负反馈，电压反馈与电流反馈，串联反馈与并联反馈，直流反馈与交流反馈等。
第3章生物医学常用放大器ppt课件-PPT课件
第三章 生物医学常用放大器
判定方法：
在直流通路中，如果有反馈存在，则为直流反馈。 在交流通路中，如果有反馈存在，则为交流反馈。 如果在直、交流通路中，反馈回路都存在，即为 交、直流反馈。 电路特点:(1)反馈网络中串接隔直电容，可以隔断 直流，反馈只对交流起作用。
(2)如果在起反馈作用电阻两端并联旁路
X d 净输入信号 X f 反馈信号
Xo
A F
输出信号 无反馈时的放大倍数 反馈网络的反馈系数
（1）由基本放大电路和反馈网络两部分组成。 （2）反馈信号与输入信号在放大器的输入端叠加。
X X X （3）基本放大器的净输入信号 d i f
第三章 生物医学常用放大器
（二）反馈的类型及其判定方法
第三章 生物医学常用放大器
（一）电压串联负反馈 电路如图所示（射随器） 反馈类型分析如下： Re 介于输入输出回路 之间，有反馈存在。 反馈电压 uf= uo ， 反馈量 与 输出电压有关，为电压 反馈。
C1 + + ui
–
Rb + ud
–
+UCC + C2 + uf
–
Re
+ RL uo
–
从输入端来看：ud = ui –uf，以电压形式相加减， 故为串联反馈。
1.正反馈和负反馈 正反馈：反馈使净输入信号增加，使输出量增大。 负反馈：反馈使净输入信号减小，使输出量减小。 判定方法：采用瞬时极性法. （1）在放大器的输入端，假定输入信号电压ui处于某 一瞬时极性。如用“＋”号。 （2）按照电压信号传输方向，根据放大器基-射同 相，基-集反相原则，判断反馈信号uf瞬时极性。 （3）如果反馈信号的瞬时极性使净输入减小，则为 负反馈；反之为正反馈。
生物医学常用放大器 ppt课件
稳定电压加到基极，从集电极获得稳定的输
出电流，称为恒流源。电路如图所示：
由GF= io/ ui 得io= GF·ui，因ui恒定，同 时GF ≈1/ Re也恒定，故io恒定。 C、稳定放大倍数Au：
uo=ic·RL´=ib·RL´ （RL´ =RC∥RL） AF=uo/ui= ic·RL´/ui = GF·RL´≈ RL´/ Re
开环电压放大倍数的相对变化量
ΔA/A=40%
闭环电压放大倍数的相对变化量 ΔA/A=5.7%
3、减小非线性失真。
4、展宽放大器的通频带。
5、串联负反馈增大输入电阻，并联负反馈减小输入电阻； 电压负反馈减小输出电阻，电流负反馈增加输出电阻。见 书本59页表3-2. 6、反馈回路中电阻值不宜过大，避免产生热噪声。
馈，若不存在为电压反馈。
3、应用： 例2：判别下列反馈类型。
分析：（a）由于反馈信号和输入信号在同一节点引入，所以为 并联反馈；若将输出端短路时，反馈信号将不存在，所以是电压
反馈；此反馈为负反馈（如图所示）。故为电压并联负反馈。
（b）由于反馈信号和输入信号不在同一节点引入，所以为串联 反馈；若将输出端短路时，反馈信号将不存在，所以是电压反馈
串联反馈
反馈信号与输入信号在输 入回路以串联形式
输入信号和反馈信号在不同节点引入
串联负反馈增加 输入电阻
2
并联反馈
反馈信号与输入信号在输 入回路以并联形式
输入信号和反馈信号在同一节点引入
并联负反馈减小 输入电阻
直流反馈
3 交流反馈
反馈信号为直流信号 直流通路中存在反馈 反馈信号为交流信号 交流通路中存在反馈
三、差分放大器（differential amplifier） 1、电路结构：
出电流，称为恒流源。电路如图所示：
由GF= io/ ui 得io= GF·ui，因ui恒定，同 时GF ≈1/ Re也恒定，故io恒定。 C、稳定放大倍数Au：
uo=ic·RL´=ib·RL´ （RL´ =RC∥RL） AF=uo/ui= ic·RL´/ui = GF·RL´≈ RL´/ Re
开环电压放大倍数的相对变化量
ΔA/A=40%
闭环电压放大倍数的相对变化量 ΔA/A=5.7%
3、减小非线性失真。
4、展宽放大器的通频带。
5、串联负反馈增大输入电阻，并联负反馈减小输入电阻； 电压负反馈减小输出电阻，电流负反馈增加输出电阻。见 书本59页表3-2. 6、反馈回路中电阻值不宜过大，避免产生热噪声。
馈，若不存在为电压反馈。
3、应用： 例2：判别下列反馈类型。
分析：（a）由于反馈信号和输入信号在同一节点引入，所以为 并联反馈；若将输出端短路时，反馈信号将不存在，所以是电压
反馈；此反馈为负反馈（如图所示）。故为电压并联负反馈。
（b）由于反馈信号和输入信号不在同一节点引入，所以为串联 反馈；若将输出端短路时，反馈信号将不存在，所以是电压反馈
串联反馈
反馈信号与输入信号在输 入回路以串联形式
输入信号和反馈信号在不同节点引入
串联负反馈增加 输入电阻
2
并联反馈
反馈信号与输入信号在输 入回路以并联形式
输入信号和反馈信号在同一节点引入
并联负反馈减小 输入电阻
直流反馈
3 交流反馈
反馈信号为直流信号 直流通路中存在反馈 反馈信号为交流信号 交流通路中存在反馈
三、差分放大器（differential amplifier） 1、电路结构：
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差模电压放大倍数：
uo uo AC = = ui1 - ui 2 2ui1
(很大，>1)
共模抑制比(CMRR)的定义
( 课本P72 )
CMRR — Common Mode Rejection Ratio KCMRR =
Ad Ac
(分贝)
Ad KCMRR (dB) = 20 log Ac
例: Ad=-200 Ac=0.1
RL
uo
输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。
4. 电流负反馈使电路的输出电阻增加：
理解：电流负反馈目的是阻止io的变化，稳定 输出电流。 放大电路空载时可等 效为右图框中电流源 （内阻大）：
io iso ro RL
输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。
电压反馈能稳定输出电压, 电流反馈能稳定电流
四、对通频带的影响
( 课本P67 )
引入负反馈使电路的通频带宽度增加——展宽频带：
B f = (1 Ao F ) Bo
A Ao AF Bo BF f
集成运放中负反馈的形式：
Rf
uu
uo
§3.3 直流放大器 多级放大电路
1. 多级放大电路框图
2. 多级放大电路组成原理
许多放大器都是由多级放大电路组成的，各级放大电 路对微弱信号进行接续放大，从而获得必要的电压幅数或 足够的功率。
1. 高放大倍数
前提是避免出现波形失真，所以需要采用负反馈以 提高稳定性。 2. 高输入阻抗 由于生物信号是高内阻的微弱电信号，所以生物医 学放大器的输入级必须有很高的输入阻抗，以防止生 物电信号的衰减和失真。
3. 高共模抑制比
以抑制干扰信号。
生物医学放大器的基本要求：
4. 低噪声
由于生物信号是微弱的电信号，所以为防止噪声将有用
ib1 ( RB rbe1 )
RB ib1
=-
RC
RB rbe1
Ad1 = Ad 2
B1 C1 rbe1 E
ui1
ib1
RC
uod1
差模电压放大倍数:
RC RB R ib1
uod Ad = ui
即：总的差动电 压放大倍数为：
ic1 ic2 uod uod1
RC T2
RB ib2 R ui2
( 课本P61、P64 )
Xi +
–
Xd
基本放大 电路Ao
Xo
Xf
反馈回电路F
反馈放大器的三个环节：
放大：
Ao =
Xo
Xd
3. 反馈放大器的组成框图：
Xi +
–
Xd
基本放大 电路Ao
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱXo
Xf
反馈回电路F
反馈放大器的三个环节：
反馈： F
=
Xf Xo
3. 反馈放大器的组成框图：
§3.1 生物电信号的特点
生物电信号：
3.生物电信号的特点： （课本P59 表3-1） （1）频率低 绝大多数生物电信号处于低频段。 （2）幅值小 绝大多数生物电信号幅值非常微弱。 （3）信噪比低 由于某些生物电信号比较微弱，所以很容易被其他 更强些的电信号淹没。
生物医学放大器的基本要求：
生物医学放大器的主要作用是将微弱的生物电信号进行放大， 以方便后续的进一步处理、记录或显示。 生物医学放大器基本要求：
第三章 生物医学常用放大器
§3.1 生物电信号的特点
§3.2 负反馈放大器
§3.3 直流放大器 §3.4 功率放大器
§3.1 生物电信号的特点
生物电信号：
1.def： 是人体内各种组织和细胞自发的或者在各种刺激下产生和传递 的电脉冲，例如：心电、脑电、肌电等。 2.生物电信号获得的方法： 医学中常通过在人体上施加一些物理因素的方法来获得生物 电信号，例如：超声波诊断仪等。
理解：并联负反馈相当于在输入回路中并联了 一条支路，故输入电阻减小。
负反馈对输入电阻、输出电阻的影响。 P67 表3-2
3. 电压负反馈使电路的输出电阻减小：
例如:射极输出器
理解：电压负反馈目的是阻止uo的变化，稳定 输出电压。 放大电路空载时可 等效右图框中为电 压源（内阻小）： ro eso
d
(2)共模( common mode) 输入
ui1 = ui2 = uC
U oc 共模电压 Ac = 放大倍数: Uc
结论：任意输入的信号: ui1 , ui2 ，都可分解成 差模分量和共模分量。
ui1 - ui 2 差模分量: u d = 2 ui1 ui 2 共模分量: uc = 2
的生物电信号淹没，必须有足够的信噪比。 5. 低漂移
为防止温度漂移带来的干扰，淹没有用的生物电信号，
该放大器必须具有低的温度漂移特性，使放大器受温度的 影响很小。
6. 适当的频率响应
避免频带过宽或过窄。
§3.2 负反馈放大器
反馈的概念
1.def： 反馈（feedback），是将放大器的输出信号（电压或电流）的 一部分或全部通过某种电路（反馈电路）引回到放大器的输入端， 与输入信号叠加，就称为反馈。 3. 反馈放大器的组成框图： （P61） 2.反馈的分类： 正反馈 负反馈
Ao ud
uo
加反馈后
ui uf
+
–
Ao
F
uo uo
改善
含负反馈的放大器改善波形失真的方法。 （课本P65 图3-6）
三、对输入、输出电阻的影响
1. 串联负反馈使电路的输入电阻增加： 例如:射极输出器
( 课本P67 )
理解：串联负反馈相当于在输入回路中串联了 一个电阻，故输入电阻增加。
2. 并联负反馈使电路的输入电阻减小：
T1
ui1
uod2 E
uod1 - uod 2 Ad 1ui1 - Ad 2ui 2 Ad 1 (ui1 - ui 2 ) Ad 1ui Ad = = = = = Ad 1 = Ad 2 ui ui ui ui
若差动电路带负载RL (接在 C1 与 C2 之间), 对于差 动信号而言，RL中点电位为 0, 所以放大倍数：
uo
RE2
uo
有时会将 信号淹没 t
当 ui= 0 时,uo≠ 0,有一缓慢、不 规则的输出(漂移)，主要是温度、 0 参数、电源变化引起。
差分放大器 基本差分放大器——结构对称
R1
( 课本P68 )
+UCC
RC
T1
RB
uo
T2
RC
R1
RB
ui1
ui2
抑制零漂的原理 当ui1 = ui2 = 0 时：uo= uC1 - uC2 = 0 当温度变化时：uo= (uC1 + uC1 ) - (uC2 + uC2 ) = 0
差模信号通路
RC
RB
ui1 R ib1
ic1 ic2 uo uod1 T1 uod2 E
RC T2
RB ib2 R ui2
T1单边微变 等效电路
RB ib1
B1 C1
rbe1 E
ui1
ib1
RC
uod1
1. 放大倍数
uod 1 单边差模放大倍数: Ad 1 = ui1
Ad 1 = -
ib1RC
（很小，<1)
差模电压放大倍 数Ad
ui1
R1 RC RB T1
uo T2
RC
R1
RB
+UCC
ui2
差模输入信号： ui1 = - ui2 =ud （大小相等，极性相反） 设uC1 =UC1 +uC1 ， uC2 =UC2 +uC2 。 因ui1 = -ui2， uC1 = -uC2
uo= uC1 - uC2= uC1- uC2 = 2uC1
1 ( RC // RL ) 2 Ad = Ad 1 = Ad 2 = RB rbe1
2. 输入输出电阻 ro
RC
RB ui1 ic1 ic2 uo uod1 T1 +UCC
RC T2
RB ib2 R ui2
R ib1
uod2 E
ri
ri
输入电阻： ri = 2[ R //(rbe1 RB )] 输出电阻： ro = 2RC
IC1= IC2= IC= IB
UE1= UE2 =UEE－IB×RB－UBE UC1= UC2= UCC－IC×RC UCE1= UCE2 = UC1－UE1
三、 动态分析
1. 输入信号分类 (1)差模(differential mode)输入
ui1 = -ui2= ud
U od 差模电压 Ad = 放大倍数: U
共模电压放大倍数AC
+UCC
R1 RC RB T1 ui1
uo T2
RC
R1 RB ui2
共模输入信号： ui1 = ui2 = uC （大小相等，极性相同） 理想情况：ui1 = ui2 uC1 = uC2 uo= 0 但因两侧不完全对称， uo 0
共模电压放大倍数：
AC = uo uC
+UCC RC RB T1 ui1 RE –UEE T2 uo RC RB
ui2
双电源的作用：
（1）使信号变化幅度加大。
（2）IB1、IB2由负电源-UEE提供。
+UCC
二、 静态分析
1. RE的作用 —— 抑制温度 漂移，稳定静 ui1 态工作点。
RB
RC
uo
RC
RB
T2 ui2
T1
RE –UEE
KCMRR=20 lg (-200)/0.1 =66 dB
uo uo AC = = ui1 - ui 2 2ui1
(很大，>1)
共模抑制比(CMRR)的定义
( 课本P72 )
CMRR — Common Mode Rejection Ratio KCMRR =
Ad Ac
(分贝)
Ad KCMRR (dB) = 20 log Ac
例: Ad=-200 Ac=0.1
RL
uo
输出电阻越小，输出电压越稳定，反之亦然。
4. 电流负反馈使电路的输出电阻增加：
理解：电流负反馈目的是阻止io的变化，稳定 输出电流。 放大电路空载时可等 效为右图框中电流源 （内阻大）：
io iso ro RL
输出电阻越大，输出电流越稳定，反之亦然。
电压反馈能稳定输出电压, 电流反馈能稳定电流
四、对通频带的影响
( 课本P67 )
引入负反馈使电路的通频带宽度增加——展宽频带：
B f = (1 Ao F ) Bo
A Ao AF Bo BF f
集成运放中负反馈的形式：
Rf
uu
uo
§3.3 直流放大器 多级放大电路
1. 多级放大电路框图
2. 多级放大电路组成原理
许多放大器都是由多级放大电路组成的，各级放大电 路对微弱信号进行接续放大，从而获得必要的电压幅数或 足够的功率。
1. 高放大倍数
前提是避免出现波形失真，所以需要采用负反馈以 提高稳定性。 2. 高输入阻抗 由于生物信号是高内阻的微弱电信号，所以生物医 学放大器的输入级必须有很高的输入阻抗，以防止生 物电信号的衰减和失真。
3. 高共模抑制比
以抑制干扰信号。
生物医学放大器的基本要求：
4. 低噪声
由于生物信号是微弱的电信号，所以为防止噪声将有用
ib1 ( RB rbe1 )
RB ib1
=-
RC
RB rbe1
Ad1 = Ad 2
B1 C1 rbe1 E
ui1
ib1
RC
uod1
差模电压放大倍数:
RC RB R ib1
uod Ad = ui
即：总的差动电 压放大倍数为：
ic1 ic2 uod uod1
RC T2
RB ib2 R ui2
( 课本P61、P64 )
Xi +
–
Xd
基本放大 电路Ao
Xo
Xf
反馈回电路F
反馈放大器的三个环节：
放大：
Ao =
Xo
Xd
3. 反馈放大器的组成框图：
Xi +
–
Xd
基本放大 电路Ao
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱXo
Xf
反馈回电路F
反馈放大器的三个环节：
反馈： F
=
Xf Xo
3. 反馈放大器的组成框图：
§3.1 生物电信号的特点
生物电信号：
3.生物电信号的特点： （课本P59 表3-1） （1）频率低 绝大多数生物电信号处于低频段。 （2）幅值小 绝大多数生物电信号幅值非常微弱。 （3）信噪比低 由于某些生物电信号比较微弱，所以很容易被其他 更强些的电信号淹没。
生物医学放大器的基本要求：
生物医学放大器的主要作用是将微弱的生物电信号进行放大， 以方便后续的进一步处理、记录或显示。 生物医学放大器基本要求：
第三章 生物医学常用放大器
§3.1 生物电信号的特点
§3.2 负反馈放大器
§3.3 直流放大器 §3.4 功率放大器
§3.1 生物电信号的特点
生物电信号：
1.def： 是人体内各种组织和细胞自发的或者在各种刺激下产生和传递 的电脉冲，例如：心电、脑电、肌电等。 2.生物电信号获得的方法： 医学中常通过在人体上施加一些物理因素的方法来获得生物 电信号，例如：超声波诊断仪等。
理解：并联负反馈相当于在输入回路中并联了 一条支路，故输入电阻减小。
负反馈对输入电阻、输出电阻的影响。 P67 表3-2
3. 电压负反馈使电路的输出电阻减小：
例如:射极输出器
理解：电压负反馈目的是阻止uo的变化，稳定 输出电压。 放大电路空载时可 等效右图框中为电 压源（内阻小）： ro eso
d
(2)共模( common mode) 输入
ui1 = ui2 = uC
U oc 共模电压 Ac = 放大倍数: Uc
结论：任意输入的信号: ui1 , ui2 ，都可分解成 差模分量和共模分量。
ui1 - ui 2 差模分量: u d = 2 ui1 ui 2 共模分量: uc = 2
的生物电信号淹没，必须有足够的信噪比。 5. 低漂移
为防止温度漂移带来的干扰，淹没有用的生物电信号，
该放大器必须具有低的温度漂移特性，使放大器受温度的 影响很小。
6. 适当的频率响应
避免频带过宽或过窄。
§3.2 负反馈放大器
反馈的概念
1.def： 反馈（feedback），是将放大器的输出信号（电压或电流）的 一部分或全部通过某种电路（反馈电路）引回到放大器的输入端， 与输入信号叠加，就称为反馈。 3. 反馈放大器的组成框图： （P61） 2.反馈的分类： 正反馈 负反馈
Ao ud
uo
加反馈后
ui uf
+
–
Ao
F
uo uo
改善
含负反馈的放大器改善波形失真的方法。 （课本P65 图3-6）
三、对输入、输出电阻的影响
1. 串联负反馈使电路的输入电阻增加： 例如:射极输出器
( 课本P67 )
理解：串联负反馈相当于在输入回路中串联了 一个电阻，故输入电阻增加。
2. 并联负反馈使电路的输入电阻减小：
T1
ui1
uod2 E
uod1 - uod 2 Ad 1ui1 - Ad 2ui 2 Ad 1 (ui1 - ui 2 ) Ad 1ui Ad = = = = = Ad 1 = Ad 2 ui ui ui ui
若差动电路带负载RL (接在 C1 与 C2 之间), 对于差 动信号而言，RL中点电位为 0, 所以放大倍数：
uo
RE2
uo
有时会将 信号淹没 t
当 ui= 0 时,uo≠ 0,有一缓慢、不 规则的输出(漂移)，主要是温度、 0 参数、电源变化引起。
差分放大器 基本差分放大器——结构对称
R1
( 课本P68 )
+UCC
RC
T1
RB
uo
T2
RC
R1
RB
ui1
ui2
抑制零漂的原理 当ui1 = ui2 = 0 时：uo= uC1 - uC2 = 0 当温度变化时：uo= (uC1 + uC1 ) - (uC2 + uC2 ) = 0
差模信号通路
RC
RB
ui1 R ib1
ic1 ic2 uo uod1 T1 uod2 E
RC T2
RB ib2 R ui2
T1单边微变 等效电路
RB ib1
B1 C1
rbe1 E
ui1
ib1
RC
uod1
1. 放大倍数
uod 1 单边差模放大倍数: Ad 1 = ui1
Ad 1 = -
ib1RC
（很小，<1)
差模电压放大倍 数Ad
ui1
R1 RC RB T1
uo T2
RC
R1
RB
+UCC
ui2
差模输入信号： ui1 = - ui2 =ud （大小相等，极性相反） 设uC1 =UC1 +uC1 ， uC2 =UC2 +uC2 。 因ui1 = -ui2， uC1 = -uC2
uo= uC1 - uC2= uC1- uC2 = 2uC1
1 ( RC // RL ) 2 Ad = Ad 1 = Ad 2 = RB rbe1
2. 输入输出电阻 ro
RC
RB ui1 ic1 ic2 uo uod1 T1 +UCC
RC T2
RB ib2 R ui2
R ib1
uod2 E
ri
ri
输入电阻： ri = 2[ R //(rbe1 RB )] 输出电阻： ro = 2RC
IC1= IC2= IC= IB
UE1= UE2 =UEE－IB×RB－UBE UC1= UC2= UCC－IC×RC UCE1= UCE2 = UC1－UE1
三、 动态分析
1. 输入信号分类 (1)差模(differential mode)输入
ui1 = -ui2= ud
U od 差模电压 Ad = 放大倍数: U
共模电压放大倍数AC
+UCC
R1 RC RB T1 ui1
uo T2
RC
R1 RB ui2
共模输入信号： ui1 = ui2 = uC （大小相等，极性相同） 理想情况：ui1 = ui2 uC1 = uC2 uo= 0 但因两侧不完全对称， uo 0
共模电压放大倍数：
AC = uo uC
+UCC RC RB T1 ui1 RE –UEE T2 uo RC RB
ui2
双电源的作用：
（1）使信号变化幅度加大。
（2）IB1、IB2由负电源-UEE提供。
+UCC
二、 静态分析
1. RE的作用 —— 抑制温度 漂移，稳定静 ui1 态工作点。
RB
RC
uo
RC
RB
T2 ui2
T1
RE –UEE
KCMRR=20 lg (-200)/0.1 =66 dB